Question

15．為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如下圖的實驗裝置．假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，保持空氣正常流動．請回答下列問題：
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置氣密性好；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察到的現象為：針筒活塞向前移動到12；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結束，試管冷卻．可觀察到的現象為針筒活塞向前移動到8；
（4）若按小華的設想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗．例如：白磷量不足或裝置氣密性不好或未冷卻到室溫就讀數．

Answer 1

分析 本題是測定氧氣在空氣中的體積分數的實驗探究，要把空氣中的氧氣消耗掉，在本實驗中用的是過量的白磷，燃燒后的生成物是固體，不需要占很大的空間．本實驗中用的是40mL的試管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器，并且活塞在20mL處，有助于反應結束后計算體積．要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數．還要注意防止試管受熱不均或氣體體積受熱膨脹過大，從而造成試管炸裂．

解答 解：
（1）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個裝置都不漏氣；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時白磷燃燒消耗掉的只是試管內的氧氣為40mL×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞應停在20mL-8mL=12mL的刻度處；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷實際消耗掉的是試管40mL和注射器內20mL的氧氣為（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，所以活塞應停在20mL-12mL=8mL的刻度處；
（4）因為白磷在密閉容器內燃燒產生熱量使氣體膨脹，可能會使橡膠塞彈出、試管爆裂、不使用彈簧夾可能會使注射器活塞彈出等，造成實驗失敗．
故答案為：
（1）裝置氣密性好；
（2）針筒活塞向前移動到12；
（3）針筒活塞向前移動到8；
（4）白磷量不足或裝置氣密性不好或未冷卻到室溫就讀數．

點評 本題主要考查實驗測定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實驗失敗的原因的分析，解此類問題時關鍵是分析清楚實驗原理，了解實驗過程中的注意事項．